JP7059064B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理技術に関する。また、本発明は、半導体ウエハ等の試料を処理室内の試料台上面に吸着して保持しつつ処理するための技術に関する。
従来から、プラズマ処理装置では、試料を試料台上面上方に保持するために、静電吸着（静電チャック、Electro Static Chuck：ＥＳＣ、等と記載する場合がある）機構が用いられている。試料台および静電吸着機構は、一般的には以下のような構成を有する。試料台は、金属等の導電体製の基材と、基材上で試料台上面部を構成し所定の厚さを持つ誘電体製の部材（誘電体膜、誘電体部材、等と記載する場合がある）とを有する。試料台内で試料台上面（すなわち試料の載置面）に近い位置に配置された、静電吸着用の電極（ＥＳＣ電極、等と記載する場合がある）を有する。この電極に、直流電源からの電力が供給されて、この電極と試料との間の誘電体膜および試料の内部に電荷が形成され、その結果、これらの電荷の間に静電気力が生起する。その静電気力によって、試料が誘電体膜の上面、すなわち載置面に押し付けられて吸着されることで、試料が保持される。
上記プラズマ処理装置および静電吸着機構に関する先行技術例として、特開平１０－１５０１００号公報（特許文献１）、特表２０００－５０７７４５号公報（特許文献２）が挙げられる。
特許文献１では、いわゆる双極型のＥＳＣが開示されている。特許文献１の技術では、それぞれ一方の出力端が接地された２つの直流電源から、ローパスフィルタを介して、誘電体膜内に埋め込まれた複数の電極の各々に、対応する正または負の直流電圧が印加される。これにより、各々の電極は正極と負極とにされ、正極および負極の電極と上方の試料の部分との間に形成された静電気力を用いて、試料が吸着される。この技術では、ローパスフィルタを備え、試料台の誘電体膜の下方の基材（すなわちバイアス用電極）と電気的接続された高周波電源から基材に供給される高周波電力が直流電源に流れてしまうことを防止する。
さらに、特許文献１の技術では、試料台の誘電体膜の上面に吸着された試料を上方に遊離させて取り外す際の、静電気の残留吸着を抑制する旨が記載されている。そのために、直流電源からの複数の電極への給電経路のいずれの出力端も接地されておらず、完全に浮遊電位にされた直流電源の正負の出力端から、直接、正極および負極の電極に正負の電圧を印加する構成も記載されている。
また、従来、高周波バイアス技術が用いられている。プラズマを用いた試料のエッチング処理中に、試料台の基材（バイアス用電極）またはＥＳＣ電極に、高周波電源から高周波電力が印加される。その場合、試料台上面およびその上の試料の上面上方に、所定の大きさの高周波バイアス電位が形成され、その直流成分とみなせる電圧（電圧Ｖｄｃとする）が発生する。
特開平１０－１５０１００号公報 特表２０００－５０７７４５号公報
従来技術では、以下のような点について考慮が不足していたため、課題が生じていた。近年、プラズマ処理装置を用いて半導体デバイスを製造する工程においては、高周波バイアス技術および静電吸着技術等を用いた、多段ステップのエッチング処理が主流になりつつある。この処理では、処理を構成するステップ同士の間で、高周波バイアス電位の直流成分の電圧Ｖｄｃが大きく変動する場合が生じる。この変動の際に、試料と試料台との間の電位差が変動するため、これらの間に蓄えられる電荷量が大きく変動する。また、この電圧Ｖｄｃの影響によって、ＥＳＣ電極の各極の正および負の電位の大きさの和が０とならず、試料および誘電体の内部に誘起される電荷がアンバランスとなる場合がある。このアンバランスによって、静電吸着力が不安定になる。
例えば、従来のエッチング処理で、静電吸着機構を備える試料台上に吸着保持された試料の上面の膜構造の上方に、高周波バイアス電位が形成される。ＥＳＣ電極等に蓄えられる電荷量の変動分は、プラズマから試料に流れる電流（ＥＳＣ電流と記載する場合がある）として供給される。このＥＳＣ電流の大きさは、多段のステップ間での電圧Ｖｄｃの変化量が大きくなるほど、大きな値になる。プラズマに曝される膜構造によっては、ＥＳＣ電流が集中して流れる場合がある。ステップ間で高周波バイアス電力が大きい場合には、ステップの切り替わりの際に、過渡的に大きなＥＳＣ電流が試料に流れる場合がある。これにより、膜構造にダメージを発生させる場合がある。
上記のように、従来技術例の静電吸着および高周波バイアス等を用いるプラズマ処理装置では、試料の膜構造がＥＳＣ電流によってダメージを受ける場合がある。その場合に、プラズマを用いた処理を行って製造される半導体デバイスの性能が損なわれ、処理の歩留まりが低下してしまうという課題がある。
本発明の目的は、処理の歩留まりを向上できるプラズマ処理装置を提供することである。
本発明のうち代表的な実施の形態は、プラズマ処理装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。一実施の形態のプラズマ処理装置は、真空容器内に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、前記処理室内の下方に配置され、前記プラズマを用いた処理の対象となる試料が載せられる試料台と、前記試料が載せられる載置面を含む前記試料台の上面部を構成する誘電体部材と、前記誘電体部材内に配置され、直流電源からの直流電力が供給されて所定の極性が付与され、前記試料を吸着するための静電気力が形成される膜状の複数の電極と、前記試料台内で前記誘電体膜の下方に配置され、前記試料の前記処理中に、高周波電源からの高周波バイアス電位の形成用の高周波電力が供給される導電体製のバイアス用電極と、を備え、前記複数の電極は、前記直流電力に基づいて正極性が付与される第１電極、および負極性が付与される第２電極を含み、前記第１電極は、前記直流電源の正極端子とローパスフィルタ回路を介して電気的接続され、前記第２電極は、前記直流電源の負極端子と前記ローパスフィルタ回路を介して電気的接続されている。
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、処理の歩留まりを向上できるプラズマ処理装置を提供できる。
本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 実施の形態および比較例のプラズマ処理装置で、試料の上面の膜構造の構成例の概略を模式的に示す縦断面図である。 実施の形態１のプラズマ処理装置で、試料台およびＥＳＣ機構の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 実施の形態１のプラズマ処理装置で、図２の膜構造を処理した場合の、試料に流入するＥＳＣ電流の時間的変化を表すグラフを示す図である。 図１７の第１比較例のＥＳＣ機構を用いて、図２の膜構造を処理した場合の、ＥＳＣ電流の時間的変化を表すグラフを示す図である。 第３比較例のＥＳＣ機構を用いて、図２の膜構造を処理した場合の、ＥＳＣ電流の時間的変化を表すグラフを示す図である。 図６の処理中における電圧Ｖｄｃの予測値および検出値の時間的変化を表すグラフを示す図である。 実施の形態１で、ＥＳＣ機構およびプラズマに係わる等価回路を示す図である。 実施の形態１で、式２の静電容量の比およびＥＳＣ電流の比をパラメータとして、式２の関係を表したグラフを示す図である。 実施の形態１のプラズマ処理装置で、ＥＳＣ電極に接続されるＬＰＦ回路の構成例を模式的に示す図である。 実施の形態１のプラズマ処理装置で、ＥＳＣ電極に接続されるＬＰＦ回路の別の構成例を模式的に示す図である。 実施の形態１のプラズマ処理装置で、ＥＳＣ機構の実装例の構成概略を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置で、試料台およびＥＳＣ機構の構成概略を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置で、試料台およびＥＳＣ機構の構成概略を模式的に示す縦断面図である。 本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置で、試料台およびＥＳＣ機構の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 実施の形態４に対する他の比較例のプラズマ処理装置で、試料台およびＥＳＣ機構の構成概略を模式的に示す縦断面図である。 実施の形態に対する第１比較例のプラズマ処理装置で、試料台およびＥＳＣ機構の構成概略を模式的に示す縦断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面では、わかりやすくするため断面ハッチングを省略する場合がある。図面では、模式図として、構成要素の寸法や形状等を模式的に示しており、図示する寸法等に限定するものではない。なお、説明上、方向として、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を用いる。Ｚ方向は、鉛直方向であり、高さ、厚さ方向であり、試料台等の中心軸が延在する方向である。Ｘ方向、Ｙ方向は、水平面を構成する２つの方向であり、試料台等の径方向に対応する。
［課題等］
前提技術や課題等について以下に補足説明する。前述の従来技術では、以下のような点について考慮が不足していたため課題が生じていた。近年、プラズマ処理装置を用いて半導体デバイスを製造する工程においては、半導体ウエハ等の試料の上面の膜構造等を、より高い精度で処理するために、高周波バイアス技術やＥＳＣ技術を用いた、多段ステップのエッチング処理が主流になりつつある。この多段ステップのエッチング処理では、処理条件を、処理を構成する複数のステップのステップ毎に切り替える。処理条件は、真空容器内部にガスが供給されて形成されるプラズマの放電の条件や、試料台または試料に高周波電力（ＲＦ電力）が供給されて形成されるＲＦバイアス電位の大きさが挙げられる（高周波：radio frequency：ＲＦと記載する場合がある）。
このような処理では、時間的に前後して実施されるステップ間で、ＲＦ電力によるＲＦバイアス電位の直流成分の電圧Ｖｄｃが大きく変動する場合が生じる。例えば、特許文献１の技術例では、電圧Ｖｄｃが変動した際に、試料と試料台との間の電位差が変動するため、これらの間に蓄えられる電荷量が大きく変動する。
図１７を用いて、上記特許文献１に対応する従来技術例として、実施の形態に対する比較例のプラズマ処理装置のＥＳＣ機構について説明する。図１７は、第１比較例のプラズマ処理装置のＥＳＣ機構および試料台の構成概略を模式的に示す縦断面図である。試料台１９０等については縦断面（Ｘ－Ｚ面）を示す。このＥＳＣ機構１９は、双極型のＥＳＣ機構である。第１比較例のＥＳＣ機構１９では、試料台１９０は、金属製の基材１９１と、基材１９１上面上方に配置されている誘電体膜（誘電体部材）１９２とを有する。基材１９１は、ＲＦ電極１２３からのＲＦバイアス電力が印加されるバイアス用電極である。誘電体膜１９２は、セラミクス材料から構成されている。試料台１９０および誘電体膜１９２の上面（すなわち載置面ｓｆ１）に、試料４が載せられている状態を示す。試料４は、例えば円板形状の半導体ウエハである。
誘電体膜１９２内の一部には、ＥＳＣ用の電極（ＥＳＣ電極）である複数の電極１３０が埋め込まれるようにして配置されている。電極１３０は、所定の厚さの膜状の電極である。複数の電極１３０は、電極１３１（第１電極）と電極１３２（第２電極）との２つの電極の対を有する。一方の電極１３１は、正極（＋）が付与され、他方の電極１３２は、負極（－）が付与される。２つの電極１３１，１３２は、厚さ方向の同位置において所定の距離で離間して配置されている。
基材（バイアス用電極）１９１は、整合器１２２を介して、所定の周波数の高周波電源（ＲＦ電源）１２３と電気的接続されている。基材１９１には、誘電体膜１９２上に保持された試料４の処理中に、ＲＦ電源１２３からのＲＦ電力が供給される。そのＲＦ電力によって、試料４の上面上方に、ＲＦバイアス電位が形成される。
このＥＳＣ機構１９では、試料台１９０の外側に配置されている２つの直流電源（ＤＣ電源）１３４として、第１ＤＣ電源１３４Ａ、第２ＤＣ電源１３４Ｂを有する（ＤＣ：直流）。２つのＤＣ電源１３４は、それぞれローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３３を介して、対応する電極１３１，１３２と電気的接続されている。ＬＰＦ１３３として、第１ＬＰＦ１３３Ａ、第２ＬＰＦ１３３Ｂを有する。電極１３１は、第１ＬＰＦ１３３Ａを介して、第１ＤＣ電源１３４Ａと接続されている。電極１３２は、第２ＬＰＦ１３３Ｂを介して、第２ＤＣ電源１３４Ｂと接続されている。
２つのＤＣ電源１３４は、それぞれ、一方の出力端子が接地されており、他方の出力端子の各々が、それぞれＬＰＦ１３３を介して、対応する電極１３１，１３２に電気的接続されている。第１ＤＣ電源１３４Ａの負極端子が接地され、正極端子が第１ＬＰＦ１３３Ａを介して電極１３１に接続されている。第２ＤＣ電源１３４Ｂの正極端子が接地され、負極端子が第２ＬＰＦ１３３Ｂを介して電極１３２に接続されている。ＤＣ電源１３４からＬＰＦ１３３を介してＤＣ電圧が電極１３０に供給される。これにより、２つの電極１３１，１３２は、正極と負極との異なる極性が付与される。すなわち、静電吸着の際、電極１３１は、正極が付与された正極電極として機能し、電極１３２は、負極が付与された負極電極として機能する。正極の電極１３１と負極の電極１３２との間での電荷に基づいて、誘電体膜１９２および試料４の内部に、静電気力が生起される。
このＥＳＣ機構１９では、載置面ｓｆ１に試料４が載せられた状態で、この試料４を、ＥＳＣ用の電極１３０（１３１，１３２）を用いて形成した静電気力によって、載置面ｓｆ１に吸着させて保持する。この状態で、試料４に、プラズマを用いた処理が行われる。
このようなＥＳＣ機構１９の構成において、正負の電極１３１，１３２によってＥＳＣとして蓄えられる電荷量の変動分は、プラズマから試料４に流れる電流（ＥＳＣ電流）として供給される。このＥＳＣ電流の大きさ（Ｊ０とする）は、下記の式１で表される。多段ステップのステップ間での電圧Ｖｄｃの変化量が大きくなるほど、大きな値のＥＳＣ電流が、ステップの切り替わりに際して流れる。式１で、Ｃescは、ＥＳＣの電極１３０（１３１，１３２）と試料４との間の誘電体膜１９２の部分の静電容量を表す。ｄＶｄｃ／ｄｔは電圧Ｖｄｃの時間微分を表す。
Figure 0007059064000001
ここで、第１比較例のＥＳＣ機構１９を用いた試料４の処理の際に、例えば図２のような試料４の上面の膜構造４０がプラズマに曝される場合について考察する。図２は、実施の形態および比較例において、処理される試料４の上面の膜構造の構成例の概略を模式的に示す縦断面図である。図２の膜構造４０は、下側から、基板２０２、絶縁膜２０３、導体２０１を有する。導体２０１は、Ａ部分（膜状部２０１Ａ）とＢ部分（貫通孔部２０１Ｂ）とを有する。
この導体２０１におけるプラズマに面するＡ部分（膜状部２０１Ａ）の表面積と、貫通孔内のＢ部分（貫通孔部２０１Ｂ）の面積との比（アンテナ比）をみる。このアンテナ比が、所定の値よりも大きい場合、ＥＳＣ電流が、Ｂ部分（貫通孔部２０１Ｂ）に集中して流れて、膜構造４０にダメージを発生させる場合がある。
特許文献１の技術では、ＤＣ電源のいずれの出力端も浮遊電位となっている。そのため、電圧Ｖｄｃが変動した場合でも、ＤＣ電源に大電流が流れないように、ＥＳＣ電極やＤＣ電源の電位が変動することになる。このため、多段ステップのステップ間で電圧Ｖｄｃが変動した場合でも、試料に大きなＥＳＣ電流が流れないと予想される。しかし、この技術では、ＤＣ電源の両出力端がＥＳＣ電極の正極および負極に直接に接続されている。そのため、ＲＦバイアス形成用のＲＦ電力が試料台に供給された場合、ＲＦ電力がＤＣ電源に漏洩して流れることになる。これにより、ＤＣ電源が発熱したり、ひいては故障が生起したりする。
特許文献２には、ＥＳＣの静電吸着力の不安定の防止に係わる技術例が記載されている。特許文献２の技術では、いずれの出力端も接地されていない直流電源から、高周波フィルタを介して、ＥＳＣ電極に正負の電圧が印加される。さらに、試料台に発生する高周波電圧の振幅の大きさ（電圧Ｖｐｐとする）から予測された電圧Ｖｄｃを、抵抗回路を介して、直流電源の出力端に接続する。電圧Ｖｄｃの予測電位が直流電源の両出力端子の中間の電位となるように設定される。これにより、電圧Ｖｄｃの変動に追随してＥＳＣ電極に供給される電力を調節して、生起される電荷の量の調節を図っている。
特許文献２の技術では、電圧Ｖｄｃの予測が課題となる。本発明者の検討によれば、電圧Ｖｄｃの値は、電圧Ｖｐｐの値に対して、必ずしも一定した相関があるわけではない。そのため、現実には、電圧Ｖｐｐの値から電圧Ｖｄｃの値を正確に予測することは困難となる。さらに、電圧Ｖｐｐの時間に対する変化（時間的変化）と電圧Ｖｄｃの時間的変化との間には時間遅れがある。そのため、過渡状態まで含めると、電圧Ｖｄｃの変動の予測がなおさら困難となる。
さらに、上記第１比較例（図１７）の構成でも、時間的に前後するステップ間で、ＲＦバイアス電力の大きさが所定値よりも大きい場合には、ステップの切り替わりの際に、過渡的に大きなＥＳＣ電流が試料４に流入することになる。このため、上記のようにアンテナ比の大きな膜構造４０がある場合、試料４にダメージが発生してしまう。これにより、プラズマを用いた処理を行って製造される半導体デバイスの性能が損なわれ、処理の歩留まりが低下してしまうという課題があった。このような課題について、従来技術例では考慮されていなかった。実施の形態１のプラズマ処理装置では、上記課題を考慮して工夫したＥＳＣ機構を含む構成を有する。これにより、処理の歩留まりを向上させた。
（実施の形態１）
図１～図１２を用いて、本発明の実施の形態１のプラズマ処理装置について説明する。実施の形態１のプラズマ処理装置は、処理室内の下方に配置され試料が載せられる試料台と、試料台の上面部を構成する誘電体部材と、誘電体部材内に配置され直流電源からの直流電力が供給されて所定の極性が付与されて試料を吸着するための静電気力が形成される静電吸着（ＥＳＣ）用の複数の電極（ＥＳＣ電極）と、試料台内で誘電体部材の下方に配置され試料処理中に高周波電源からのバイアス電位形成用の高周波電力が供給される導電体製のバイアス用電極（基材）とを備える。複数の電極における２つの電極（第１電極、第２電極）は、直流電源の正極端子および負極端子と、ローパスフィルタ回路を介して電気的接続されている。
［プラズマ処理装置］
図１は、実施の形態１のプラズマ処理装置１の構成概略を模式的に示す縦断面図である。真空容器１０１等について縦断面（Ｘ－Ｚ面）で示している。図３は、そのプラズマ処理装置１のうちのＥＳＣ機構５および試料台１０等の構成を示している。実施の形態１のプラズマ処理装置１は、マイクロ波ＥＣＲプラズマ処理装置である。マイクロ波ＥＣＲは、真空容器１０１内に配置され減圧された処理室１０６に所定の周波数のマイクロ波の電界とその周波数に応じた強度が調節された磁界とを供給し、これらの相互作用によって生起された電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）を用いる方式である。この方式では、ＥＣＲを用いて、処理室１０６に供給されたプラズマ形成用のガスを励起してプラズマを形成して、試料台１０上の試料４における処理対象の膜層をエッチング処理する。試料４は、プラズマを用いた処理の対象となる基板状の試料であり、例えば円板状の半導体ウエハである。試料４は、処理室１０６の下部に配置された試料台１０上に載せられてＥＳＣ機構５で保持される。エッチング処理は、試料４の表面のマスクと処理対象の膜層とを含む複数層の膜構造における処理対象の膜層の処理を含む。
図１のプラズマ処理装置１は、大きく分けて、真空容器１０１と、電磁界形成部２と、真空排気部３とを備える。真空容器１０１は、内部にプラズマが形成される空間である処理室１０６を有する。真空容器１０１等は、鉛直方向（Ｚ方向）の中心軸（一点鎖線で示す）に対して、円筒や円柱等の軸対称形状を有する。
電磁界形成部２は、真空容器１０１の上部の外側上方または側面外側周囲に配置され、上記ＥＣＲの電界および磁界を生成する。電磁界形成部２は、例えばマグネトロン１１３、複数のソレノイドコイル１１４等で構成される。
真空排気部３は、排気口１０９、真空ポンプ１０２、排気調節バルブ１０８等を有する。真空ポンプ１０２は、真空容器１０１の底面下方に配置され、排気口１０９を通じて処理室１０６と連通して排気するターボ分子ポンプを含む。
真空容器１０１は、少なくともプラズマが形成される処理室１０６の外周を囲む部分を含む一部において円筒形状の側壁部１０１Ａを有する。真空容器１０１の側壁部１０１Ａの上端部上方、および処理室１０６の上方には、窓部材１０７を有する。窓部材１０７は、電界が透過する石英等の誘電体製の円板状（または円柱状）の部材である。窓部材１０７は、Ｚ方向からみた平面視で円形または円形とみなせる程度に近似した平面形状を有する。窓部材１０７は、処理室１０６の内外を気密に封止するＯリング等のシール部材（非図示）を挟んで、側壁部１０１Ａ上に載せられて、真空容器１０１上部の蓋部材を構成している。
真空容器１０１の側壁部１０１Ａの一部には、ガス導入管１０５が連結されている。ガス導入管１０５は、処理室１０６内の上方から内部に供給されるガス（処理用ガス）が内部を通流する。
処理室１０６内の下部には、中心軸位置に沿って試料台１０が配置されている。試料台１０は、Ｚ方向で見た平面視で円形または円形とみなせる程度に近似した形状、例えば円柱または円板形状を有する。試料台１０の上面には、後述の搬送用ロボットを通じて、試料４が載せられる。
試料台１０は、図３にも示すが、Ｚ方向下側にある基材（バイアス用電極）１１と、基材１１上に接続されて配置された誘電体膜１２とを有する。基材１１は、所定の厚さや直径での円板または円柱形状を有し、金属等の導電体製の部材で構成され、ＲＦ電力が印加されるバイアス用電極である。誘電体膜１２は、基材１１と同様に、所定の厚さや直径での円板または円柱形状を有し、基材１１上面を被覆する概略膜状の誘電体製の部材（誘電体部材）である。誘電体膜１２は、試料台１０の上面部を構成していて、試料４が載せられる載置面ｓｆ１を有する。誘電体膜１２内には、膜状のＥＳＣ電極として複数の電極３０が埋め込まれるようにして配置されている。
基材１１は、試料台１０の外部に配置された高周波電源（ＲＦ電源）１２３と、整合器１２２を介して、給電経路によって電気的接続されている。ＲＦ電源１２３は、所定の周波数の高周波電力（ＲＦ電力）を出力する。試料４の処理中に、ＲＦ電源１２３からのＲＦ電力が、整合器１２２を介して、基材（バイアス用電極）１１に供給される。これにより、基材１１、誘電体膜１２を通じて、試料４の上面上方に、ＲＦバイアス電位が形成される。
窓部材１０７の上方には、空洞部１１０を介して、マイクロ波の電界が内部を伝播する経路である導波管１０４が配置されている。導波管１０４の上部（方形導波管部１０４Ｂ）の一端部には、マイクロ波の電界を発振して形成するマグネトロン１１３が配置されている。導波管１０４は、円形導波管部１０４Ａと方形導波管部１０４Ｂとを有する。円形導波管部１０４Ａは、Ｚ方向に延在し断面が円形を有する。方形導波管部１０４Ｂは、円形導波管部１０４Ａの上方に配置および接続されて、水平方向の一方向（Ｘ方向）に延在して、断面が矩形または方形を有する。方形導波管部１０４Ｂの他端部が円形導波管部１０４Ａの上端と連結されている。円形導波管部１０４Ａの径は、窓部材１０７の径よりも小さくされている。
窓部材１０７と導波管１０４（円形導波管部１０４Ａ）との間には空洞部１１０を有する。空洞部１１０は、内部がマイクロ波を伝播する空洞であって、真空容器１０１および窓部材１０７と概略同じ径を持ち、所定の高さを持つ円筒形状を有する。円形導波管部１０４Ａの下端の開口は、空洞部１１０の天面部の中心軸の開口と連通して接続されている。空洞部１１０の下面は窓部材１０７の上面に相当する。
さらに、電磁界形成部２では、複数のソレノイドコイル１１４として複数段に巻かれたソレノイドコイル１１４が配置されている。複数のソレノイドコイル１１４は、空洞部１１０の天面部の上方であって円形導波管部１０４Ａの側壁の周囲に配置されているソレノイドコイル１１４と、空洞部１１０、窓部材１０７、および真空容器１０１の側壁部１０１Ａの外周囲を囲んで配置されているソレノイドコイル１１４とを有する。ソレノイドコイル１１４には、直流電力が供給されて、所定の強度の磁界が形成される。この所定の強度の磁界は、マグネトロン１１３で形成されて導波管１０４内を伝播するマイクロ波の周波数に合わせた強度の磁界である。
真空排気部３では、真空容器１０１の底部の一部であって試料台１０の上面よりも下方の位置に、排気口１０９が配置されている。排気口１０９は、処理室１０６の内外を連通して内部のガスや粒子が排出される。排気口１０９は、排気管を通じて、排気調節バルブ１０８および真空ポンプ１０２と連結されている。真空ポンプ１０２は、ターボ分子ポンプで構成される。排気口１０９と真空ポンプ１０２との間を連結する排気管の途上に、排気調節バルブ１０８が配置されている。排気調節バルブ１０８は、排気管内部の流路断面積を増減して、排気管内を通るガスやプラズマの粒子の流量、速度を増減する。なお、真空ポンプ１０２のターボ分子ポンプの後流側には、図示しないロータリーポンプ等の粗引きポンプが連結されて配置されている。このポンプは、排気された粒子等を、プラズマ処理装置１が配置されたクリーンルーム等の建屋の外に排出する働きをしている。
真空容器１０１の側壁部１０１Ａには、真空搬送容器が連結されている。真空搬送容器は、図示しない別の真空容器であって、内部の減圧された空間である搬送室を有する。この搬送室内には、搬送用ロボットが配置されている。搬送用ロボットは、両端部において回転可能に連結された複数の腕を備えて伸縮動作可能に構成されたアーム部を備える。試料４は、搬送用ロボットのアーム部の先端部上面上に載せられ保持されて搬送される。さらに、側壁部１０１Ａには、試料４が搬送用ロボットのアーム部に載せられて内側を搬送される通路が配置されている。それと共に、その側壁部１０１Ａは、その通路の搬送室側の開口であるゲートを、その周囲の空間を含む内部と外部とが気密に区画されるように、真空搬送容器と連結されている。
搬送室内から搬送用ロボットのアーム部の先端部に保持された試料４が搬送されて、通路のゲートを通り、真空容器１０１内の処理室１０６内の試料台１０の上方まで搬送される。そして、その試料４が試料台１０に受け渡される。詳細には、図示しないが、試料台１０において基材１１および誘電体膜１２を貫通する複数の貫通孔と、複数の貫通孔内に配置された複数のプッシャピンとを有する。受け渡しの際、複数のプッシャピンが、上方に駆動され、搬送用ロボットのアーム部の先端部に保持された試料４を上方に持ち上げて受け取る。その後、搬送用ロボットのアーム部が収縮されて、処理室１０６内から搬送室内に退室する。これにより、試料４が試料台１０側に受け渡される。その後、複数のプッシャピンの先端上に試料４が載せられた状態で、複数のプッシャピンが、下方に駆動され、貫通孔内に収納される。すると、試料４が、試料台１０の誘電体膜１２の上面（載置面ｓｆ１）の上方に載せられた状態となる。
その状態で、誘電体膜１２内に配置されているＥＳＣ用の電極３０に、ＤＣ電源３４からのＤＣ電力が供給されて、静電気力が生起される。その静電気力によって、試料４が誘電体膜１２上面に吸着されて保持される。
それと共に、処理室１０６内には、ガス導入管１０５を通して、希ガスにより希釈された処理用ガスが導入される。処理室１０６内部の圧力が、ガス導入管１０５からの処理用ガスの流量および速度と、排気口１０９からの排気の流量および速度とのバランスで制御されて、プラズマを生成した処理の開始に適した範囲内の値に調節される。
一方、マグネトロン１１３で発振された例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波の電界が、導波管１０４内および空洞部１１０内を伝播して、窓部材１０７を透過して、処理室１０６内に供給される。それと共に、直流電力に基づいてソレノイドコイル１１４が生成した磁界が、処理室１０６内に供給される。その電界と磁界との相互作用によって、ＥＣＲが生起される。そのＥＣＲによって、処理用ガスの原子または分子が励起され、電離あるいは解離して、処理室１０６内の試料台１０上方の放電用空間にプラズマが生成される。
この後、ＲＦ電源１２３からのＲＦ電力が基材１１に供給されて、試料台１０の誘電体膜１２上面に保持された試料４上方にＲＦバイアス電位が形成される。ＲＦバイアス電位とプラズマとの電位差に応じて、プラズマ中のイオン等の荷電粒子が、試料４上面の方向に誘引される。その荷電粒子が、試料４の膜構造における処理対象の膜に衝突して、その膜のエッチング処理が促進される。
［試料上面の膜構造］
実施の形態１のプラズマ処理装置１で、エッチング処理の対象となる試料４の上面の膜構造の構成例は、図２の通りである。図２の膜構造４０は、導電体とみなせる基板２０２と、その基板２０２の上面に接続されて配置された絶縁膜２０３と、その絶縁膜２０３の一部に設けられた導体２０１とを有する。導体２０１は、Ａ部分（膜状部２０１Ａ）とＢ部分（貫通孔部２０１Ｂ）とを有する。Ｂ部分（貫通孔部２０１Ｂ）は、厚さ方向で絶縁膜２０３を貫通する貫通孔の内部を充填していて基板２０２上面一部に接している部分である。Ａ部分（膜状部２０１Ａ）は、そのＢ部分の貫通孔の上端の開口周囲の、絶縁膜２０３上面一部を膜状に覆う部分である。
［ＥＳＣ機構］
図３は、実施の形態１のプラズマ処理装置１における、ＥＳＣ機構５を含む試料台１０の構成概略を模式的に示す縦断面図である。試料台１０等のＸ－Ｚ面を示す。なお、Ｘ方向は、中心軸（Ｚ方向）に対する径方向のうちの一方向である。
実施の形態１のプラズマ処理装置１で、主に試料台１０の上部（誘電体膜１２の上面である載置面ｓｆ１を含む）に、ＥＳＣ機構５が構成されている。ＥＳＣ機構５は、誘電体膜１２内の複数の電極３０と、複数の電極３０に対して給電経路（電気配線）を通じて電気的接続されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３と、ＬＰＦ３３に対して給電経路を通じて電気的接続される直流電源（ＤＣ電源）３４とを備える。
誘電体膜１２は、基材１１上部上面を覆って配置された、酸化アルミニウムあるいは酸化イットリウム等のセラミクス材料から構成された誘電体製の部材である。試料台１０および誘電体膜１２において、上面である載置面ｓｆ１を有し、載置面ｓｆ１に試料４が載置される。
ＥＳＣ電極である複数の電極３０は、誘電体膜１２内の一部に埋め込まれた、タングステン等の金属製の膜状の複数の電極である。複数の電極３０は、電極３１（第１電極）と電極３２（第２電極）との２つの電極の対を含む。複数の電極３０は、厚さ方向（Ｚ方向）で同位置（所定の位置ｚ１）に配置され、Ｘ方向で所定の距離で離間して配置されている。電極３０の膜は、所定の厚さ（Ｚ方向の距離）を有する。複数の電極３０は、ＤＣ電源３４からのＤＣ電圧の供給によって、それぞれ異なる極性（正極性、負極性）が付与される。ＥＳＣの際、電極３１は正極性が付与され、電極３２は負極性が付与される。複数の電極３０の各々は、ＬＰＦ３３を介して、ＤＣ電源３４の対応する極性の端子（正極端子、負極端子）に接続されて、各々の極性が付与される。
ＬＰＦ３３は、第１ＬＰＦ３３Ａ、第２ＬＰＦ３３Ｂを含む。電極３１は、第１ＬＰＦ３３Ａを介して、ＤＣ電源３４の正極端子と電極的接続されている。電極３２は、第２ＬＰＦ３３Ｂを介して、ＤＣ電源３４の負極端子と電極的接続されている。
実施の形態１では、ＤＣ電源３４の２つの出力端（正極端子、負極端子）は、いずれも接地されておらず、少なくとも試料４の処理中において、各々が電気的浮遊電位にされる。また、少なくとも試料４の処理中において、電極３０の各々（電極３１，３２）も電気的浮遊電位にされる。
誘電体膜１２において、Ｚ方向で、概略的な部分として、複数の電極３０を含む部分（電極３０上面と電極３０下面との間の部分）と、複数の電極３０の上面と試料４の下面（載置面ｓｆ１）との間にある第１部分Ｐ１と、複数の電極３０の下面と基材１１の上面との間にある第２部分Ｐ２とを有する。第１部分Ｐ１および第２部分Ｐ２は、それぞれ所定の厚さ（Ｚ方向の距離）を有する。
実施の形態１では、試料台１０内の誘電体膜１２および電極３０の下方にある基材１１は、言い換えると、導電体製のバイアス用電極であって、ＲＦ電源１２３からＲＦバイアス電位形成用のＲＦ電力が供給される電極である。
なお、試料台１０をＺ方向で平面視したＸ－Ｙ面における、ＥＳＣ用の電極３０の形状や位置については、特に限定されないが、一例としては以下である。平面視で、試料台１０の上面の円形領域でみた場合に、複数の電極３０の正負の電極３１，３２は、一方が中心軸付近の円形領域に、他方が外周側のリング領域に配置されている。他の例では、正負の電極３１，３２は、内周側のリング領域と外周側のリング領域とに配置されている。他の例では、正負の電極３１，３２は、二重の渦巻き形状で配置されている。また、正負の電極３１，３２は、円周方向において複数の電極部分に分離されて配置されていてもよい。
［エッチング処理］
上記のようなＥＳＣ機構５および試料台１０を備えるプラズマ処理装置１を用いた、試料４のエッチング処理について、以下に説明する。実施の形態１では、例として図２の試料４の上面の膜構造４０を、エッチング処理対象とする。図４～図７等を用いて、試料４の膜構造４０のエッチング処理について説明する。このエッチング処理は、以下の第１ステップＳ１、第２ステップＳ２、第３ステップＳ３を有する、多段ステップのエッチング処理である。このエッチング処理では、ＲＦバイアス電位の大きさ等を、ステップ毎（対応する工程、時間毎）に切り替える。これにより、ステップ間、ステップ毎に、試料４に加わる直流成分の電圧Ｖｄｃ等が変動し得る。
第１ステップＳ１（図４の時間Ｔ１）では、ＳＦ６（六フッ化硫黄）とＣＨＦ３（トリフルオロメタン）とが混合されたガスを処理用ガスとして処理室１０６内に供給して、プラズマを形成し、１５０ＷのＲＦ電力を基材１１に供給してＲＦバイアス電位を形成し、試料４を３０秒（s）処理した。
次に、第２ステップＳ２（時間Ｔ２）では、Ｃｌ２（塩素ガス），ＨＢｒ（臭化水素）とＯ２（酸素）とが混合された処理用ガスを用いたプラズマを生成し、３０ＷのＲＦ電力によるＲＦバイアス電位を形成して、試料４を３０秒処理した。
さらに、最終ステップである第３ステップＳ３（時間Ｔ３）では、ＨＢｒとＯ２とが混合された処理用ガスを用いたプラズマを生成し、３００ＷのＲＦ電力によるＲＦバイアス電位を用いて、試料４を３０秒処理した。
上記複数のステップの処理の間、ＤＣ電源３４から出力される電力の電圧は、その電圧の振幅が１２００Ｖに固定されているものとした。
［ＥＳＣ電流－実施の形態１］
図４は、実施の形態１のプラズマ処理装置１で、図３のＥＳＣ機構５等を用いて、図２の膜構造４０を処理した際の、上記複数のステップの工程を施した処理（エッチング処理）の間に試料４に流入するＥＳＣ電流の時間的変化を表すグラフを示す。横軸は処理時間（秒（s））であり、第１ステップＳ１（時間Ｔ１）、第２ステップＳ２（時間Ｔ２）、第３ステップＳ３（時間Ｔ３）を有する。縦軸にはＥＳＣ電流の大きさを、０を中心として示す。図４の例では、ステップ間の切り替え、移行に際して、極微小なＥＳＣ電流が流れるものの、この処理による試料４へのダメージは認められなかった。すなわち、実施の形態１のプラズマ処理装置１では、ＥＳＣ機構５で試料４を吸着保持しつつ、エッチング処理中、ＥＳＣ電流による試料４へのダメージも防止または抑制できた。
［ＥＳＣ電流－比較例（１）］
次に、図３の実施の形態１のＥＳＣ機構５に代えて、図１７の第１比較例のＥＳＣ機構１９を用いて、同様に図２の膜構造４０に対し、上記複数のステップの処理を施した場合について説明する。図１７のＥＳＣ機構１９の構成では、ＥＳＣおよび処理中に、ＤＣ電源１３４からのＤＣ電圧に基づいて、電極１３１が正極性に、電極１３２が負極性にされる。この処理の間、ＤＣ電源１３４の出力電圧は、その電圧の振幅が正負ともに６００Ｖに固定されているものとした。
図５は、図１７の第１比較例のＥＳＣ機構１９を用いて図２の膜構造４０を処理した場合の、ＥＳＣ電流の時間的変化を表すグラフを示す。図５の通り、前後するステップが切り替えられて処理条件が変化する時点の前後で大きなＥＳＣ電流が流れていることがわかる。処理後の試料４を調べたところ、図２の膜構造４０の導体２０１における膜状のＡ部分と基板２０２に接するＢ部分とにＥＳＣ電流が集中し、この際に発生した熱によって、Ｂ部分が完全に溶けて消失するダメージが発生したことが認められた。
［ＥＳＣ電流－比較例（２）］
次に、第２比較例のＥＳＣ機構として、双極型のＥＳＣ機構を用いて、同様に図２の膜構造４０を対象に、上記複数のステップの処理を施した場合について説明する。第２比較例のＥＳＣ機構は、いずれの出力端も接地されていないＤＣ電源から、ＲＦフィルタ（高周波フィルタ）を介して、ＥＳＣ用の電極の正極および負極の各電極に、対応する正負の電圧が印加される構成である。
この処理の結果、ＲＦバイアス電位形成用のＲＦ電力の振幅が大きい第１ステップや第３ステップでＲＦノイズ（高周波ノイズ）が発生し、制御システムが不安定になった。また、この処理を繰り返すと、ＤＣ電源の出力端子と電源筐体との間の絶縁被膜が発熱して焼け焦げてしまった。
［ＥＳＣ電流－比較例（３）］
次に、第３比較例のＥＳＣ機構を用いて、同様に図２の膜構造４０を対象に、上記複数のステップの処理を施した場合について説明する。第３比較例のＥＳＣ機構は、いずれの出力端も接地されていないＤＣ電源から、ＲＦフィルタを介して、ＥＳＣ用の電極の正極および負極の各電極に、対応する正負の電圧が印加される。それと共に、第３比較例のＥＳＣ機構では、電圧Ｖｐｐから予測される電圧Ｖｄｃを、抵抗回路を介して、ＤＣ電源の出力端に接続する。これにより、電圧Ｖｄｃの予測電位がＤＣ電源の両出力端子の中間の電位となるように設定される。電圧Ｖｐｐは、ＲＦバイアス電位形成用のＲＦ電力の供給によって試料台に発生するＲＦ電圧の振幅の大きさである。電圧Ｖｄｃは、ＲＦ電力に伴って試料４に発生する直流成分の電圧である。この処理の間、ＤＣ電源から出力される電圧は１２００Ｖに固定されているものとした。
図６は、第３比較例のＥＳＣ機構を用いて、図２の膜構造４０を処理した場合の、ＥＳＣ電流の時間的変化を表すグラフを示す。図６の通り、第１ステップから第３ステップにおいて、ステップが切り替わって各処理条件が変化するタイミングで、正と負との側に大きなＥＳＣ電流が流れていることがわかった。
さらに、図７は、図６の処理中における電圧Ｖｄｃの予測値と実際の電圧Ｖｄｃの検出値（実測値）の時間的変化を表すグラフを示す。縦軸は電圧Ｖｄｃ（Ｖ）を示す。実線は検出値（実測値）、破線は予測値を示す。図７の通り、処理中のプラズマの電位の値等の条件によって、電圧Ｖｐｐと電圧Ｖｄｃとの比率は大きく変化する。そのため、単純に電圧Ｖｐｐに係数を掛けただけの電圧Ｖｄｃの予測値は、実際の電圧Ｖｄｃとは一致しない。すなわち、電圧Ｖｐｐからの電圧Ｖｄｃの単純な予測は難しい。さらに、図７からは、電圧Ｖｐｐを元に算出された予測値の時間的な変化に対する実際の電圧Ｖｄｃの時間的な変化に遅れがあることがわかる。本発明者の検討によれば、これら電圧Ｖｄｃの予測値と電圧Ｖｄｃの検出値との間の時間差によって、ステップが切り替わる際に大きなＥＳＣ電流が流れていることがわかった。さらには、処理後の試料４に、図２の膜構造４０の特にＢ部分（貫通孔部２０１Ｂ）で、電流が集中して熱が発生して、このＢ部分が溶けて消失するダメージが発生していることが認められた。
［効果等（１－１）］
上記のように、実施の形態１のプラズマ処理装置１では、試料４を載置および支持する試料台１０内におけるバイアス用電極である基材１１にＲＦ電力を供給してＲＦバイアス電位を形成しつつ、試料４を処理する。また、このプラズマ処理装置１では、ＥＳＣとして、試料４の処理中に、両出力端が完全に浮遊電位となっているＤＣ電源３４から、ＬＰＦ３３を介して、誘電体膜１２内のＥＳＣ用の複数の電極３０に、正負のＤＣ電圧を印加する。電極３１に正のＤＣ電圧が印加されて正極性が付与され、電極３２に負のＤＣ電圧が印加されて負極性が付与される。これにより、処理中、試料４が吸着保持されつつ、ＲＦバイアス電位に伴ってプラズマから試料４に流れるＥＳＣ電流が抑制される。これにより、実施の形態１では、図２のように上面側にアンテナ比の大きな膜構造４０を持つ試料４に対する多段ステップのエッチング処理の場合でも、試料４へのダメージの発生が防止または抑制される。実施の形態１では、処理を構成する前後のステップ間で、処理条件の１つであるＲＦバイアス電位形成用のＲＦ電力による電圧Ｖｄｃが大きく変動するような処理が実施された場合でも、ダメージの発生が抑制される。
［ＥＳＣ機構－等価回路］
図８は、実施の形態１のプラズマ処理装置１で、図３のＥＳＣ機構５について、プラズマを含めてＤＣ成分のみを対象とした電気的な等価回路を示す。図８の等価回路では、試料４の電圧Ｖｄｃに対し、コンデンサの容量Ｃescが接続されていて、その容量Ｃescに対し、コンデンサの容量Ｃｂおよびコンデンサの容量Ｃｆが並列に接続されている。コンデンサの容量Ｃescは、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体の部分の静電容量」を示す。図３でいえば、この容量Ｃescは、電極３０（３１，３２）の上面と試料４の裏面（載置面ｓｆ１）との間にある誘電体膜１２の第１部分Ｐ１の静電容量に相当する。コンデンサの容量Ｃｂは、「ＥＳＣの電極と試料台の基材（バイアス用電極）との間の誘電体の部分の静電容量」を示す。図３でいえば、この容量Ｃｂは、電極３０（３１，３２）の下面と基材１１の上面との間にある誘電体膜１２の第２部分Ｐ２の静電容量に相当する。コンデンサの容量Ｃｆは、「ＬＰＦ回路内のコンデンサの静電容量」である。図３でいえば、この容量Ｃｆは、ＬＰＦ３３の回路内のすべてのコンデンサの静電容量の総和である。ＥＳＣ機構５にＬＰＦ３３として複数のＬＰＦ回路、例えば図３の第１ＬＰＦ３３Ａおよび第２ＬＰＦ３３Ｂが備えられる場合、この容量Ｃｆは、これらの複数のＬＰＦ回路を全体で１つの回路としてみなした場合のコンデンサの静電容量を示す。
これらのパラメータを用いて、プラズマが生成されて試料４が処理される処理中においてＲＦバイアス電位形成用のＲＦ電力が異なる前後のステップの切り替えの際に試料４に流入するＥＳＣ電流の値Ｊは、以下のように表される。すなわち、そのＥＳＣ電流の値Ｊは、図１７の第１比較例のＥＳＣ機構１９におけるＥＳＣ電流の値Ｊ０（式１）をパラメータとして用いて、以下の式２のように表される。
Figure 0007059064000002
式２で示される関係を図示すると、図９のようになる。図９は、式２のうちの静電容量の比（（Ｃｆ＋Ｃｂ）／Ｃesc）、およびＥＳＣ電流の比（Ｊ／Ｊ０）をパラメータとして、式２の関係を表したグラフを示す。
［ＥＳＣ－条件］
以上から、ＥＳＣ電流を抑制するためには、以下の条件が必要である。（１）「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第１部分Ｐ１の静電容量）を第１静電容量Ｃ１とする。第１静電容量Ｃ１は、Ｃescと対応する。（２）「ＥＳＣの電極と基材との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第２部分Ｐ２の静電容量）を第２静電容量Ｃ２とする。第２静電容量Ｃ２は、Ｃｂと対応する。（３）「ＬＰＦ回路内のコンデンサの静電容量の総和」を第３静電容量Ｃ３とする。第３静電容量Ｃ３は、Ｃｆと対応する。
条件として、第２静電容量Ｃ２と第３静電容量Ｃ３との和（Ｃ２＋Ｃ３）を、第１静電容量Ｃ１よりも小さな値にすることである（（Ｃ２＋Ｃ３）＜Ｃ１、（Ｃｂ＋Ｃｆ）＜Ｃesc）。実施の形態１におけるＥＳＣ機構５は、上記条件を満たすように設定されている。
実施の形態１で用いたＥＳＣ機構５の実装例の場合、試料４の直径は例えば３００ｍｍである。なお、試料台１０の上面の直径は試料４の直径以上である。ＥＳＣ用の電極３０（３１，３２）と試料４との間の部分（第１部分Ｐ１）の距離の平均値は０.３ｍｍである。誘電体膜１２を構成する材料として比誘電率＝９．８のアルミナ（酸化アルミニウム）が用いられている。また、コンデンサの容量Ｃsec（第１静電容量Ｃ１）は、約２０ｎＦにされている。実施の形態１では、コンデンサの容量Ｃｂ（第２静電容量Ｃ２）の値を小さくするため、ＥＳＣ用の電極３０（３１，３２）と基材１１との間の部分（第２部分Ｐ２）の距離は２．１ｍｍにされている。これにより、実施の形態１での実装例として、容量Ｃｂ（第２静電容量Ｃ２）の値は、容量Ｃesc（第１静電容量Ｃ１）の値の１／７程度である２．９ｎＦにされている。また、ＬＰＦ３３に関する第３静電容量Ｃ３（容量Ｃｆ）は、以下のように設定されている。
［ＬＰＦ回路（１）］
実施の形態１で、ＬＰＦ３３の回路の実装例として、図１０に示す回路が使用できる。図１０は、実施の形態１のプラズマ処理装置１で、図３のＥＳＣ機構５を構成する、ＬＰＦ３３の回路の構成例を模式的に示す回路図である。この回路は、ＥＳＣ電極（電極３０）側とＤＣ電源３４側との間において、コイル１００１（インダクタンス：Ｌｆとする）とコンデンサ１００２とが接続されている。コンデンサ１００２の静電容量は、前述の容量Ｃｆに対応する。
このＬＰＦ３３の回路の構成例では、ＲＦバイアス電力として用いられる例えば４００ｋＨｚのＲＦ電力に対するＬＰＦ３３の減衰率を３０ｄＢ以上にする。そのために、減衰率を決定するコイル１００１のインダクタンスＬｆの値とコンデンサ１００２の静電容量Ｃｆの値との積の値（Ｌｆ×Ｃｆ）を、５×１０－１２ｓ２以上に維持した（（Ｌｆ×Ｃｆ）≧５×１０－１２ｓ２）。この値（Ｌｆ×Ｃｆ）を維持したまま、静電容量Ｃｆを小さくするために、インダクタンスＬｆ＝２０ｍＨという比較的大きなインダクタンスを持つコイル１００１を使用した。そして、最終的に、コンデンサ１００２の静電容量Ｃｆを０.２５ｎＦにすることができた。このＬＰＦ３３の静電容量Ｃｆ（第３静電容量Ｃ３）は、上記条件を満たしている。
ＬＰＦ回路（ＬＰＦ３３）の回路定数である周波数は、√（Ｌｆ×Ｃｆ）で表される。実施の形態１では、ＬＰＦ３３とＲＦ電源１２３とが構成要素を介して電気的接続される構成である。この構成での要件として、この回路定数は、ＲＦ電源１２３のＲＦ電力の周波数よりも十分小さくされている。
実施の形態１の図３の構成では、試料台１０のＥＳＣ機構５には、ＥＳＣ用の電極３０として２つの電極３１，３２の各々の給電経路上に、ＬＰＦ３３として同一構成を持つ２つのＬＰＦ回路（３３Ａ，３３Ｂ）の各々が配置されている。そのため、前述の第３静電容量Ｃ３（ＬＰＦ内のコンデンサの静電容量の総和）である静電容量Ｃｆは、０.２５ｎＦ×２＝０．５ｎＦとなる。
このことから、本発明者の検討によれば、式２から見積もられるＥＳＣ電流の大きさは、第１比較例のＥＳＣ電流の大きさの１／７程度になる。このように、実施の形態１のプラズマ処理装置１のＥＳＣ機構５によれば、ＲＦバイアス電力の値（それに応じた電圧Ｖｄｃ）が異なるステップ間で、図４のように、試料４に流れるＥＳＣ電流を著しく低減することができ、試料４へのダメージが抑制される効果が得られる。
［ＬＰＦ回路（２）］
また、他の比較例として、ＬＰＦ３３内のコンデンサの静電容量の影響を調べるため、ＬＰＦ３３内の静電容量の値を、上記容量Ｃescの値よりも大きい２５ｎＦにして、同様に図２の膜構造４０を処理した場合について、評価を行った。この場合の「ＬＰＦ内のコンデンサの静電容量の総和」である静電容量Ｃｆ（第３静電容量Ｃ３）は、５０ｎＦとなる。この場合で、式２で見積もられるＥＳＣ電流Ｊの大きさは、第１比較例のＥＳＣ電流Ｊ０の大きさの７５％となることがわかった。このようなＬＰＦ３３を用いた膜構造４０の処理では、ＥＳＣ電流の抑制が十分ではないため、膜構造４０のＢ部分（貫通孔部２０１Ｂ）の一部が消失するダメージが認められた。
［ＬＰＦ回路（３）］
次に、他の比較例として、ＥＳＣ用の電極３０（３１，３２）と基材１１の上面との間の誘電体膜１２の部分（第２部分Ｐ２）の静電容量の影響を調べるために、以下のような構成で評価を行った。この構成で、電極３１，３２と基材１１の上面との間の第２部分Ｐ２の距離を０．１ｍｍとした。この構成で、上記実施の形態１のＬＰＦ３３の実装例と同様に、図２の膜構造４０を処理した場合について評価を行った。この際、電極３１，３２と基材１１の上面との間の誘電体膜１２の部分の静電容量Ｃｂ（第２静電容量Ｃ２）は、６１ｎＦである。この第２静電容量Ｃ２は、電極３１，３２と試料４との間の誘電体膜１２の第１部分Ｐ１の容量Ｃesc（第１静電容量Ｃ１）よりも大きくなる。この際、式２で見積もられるＥＳＣ電流Ｊの大きさは、第１比較例のＥＳＣ電流Ｊ０の大きさの７５％となる。このような構成を用いた膜構造４０の処理では、ＥＳＣ電流の抑制が十分ではないため、膜構造４０のＢ部分の一部が消失するダメージが認められた。
［効果等（１－２）］
上記のように、実施の形態１におけるＥＳＣ機構５の実装例においては、「ＥＳＣの電極と基材との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第２静電容量Ｃ２、容量Ｃｂ）を、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第１静電容量Ｃ１、容量Ｃesc）よりも小さな値に設定する（Ｃ２＜Ｃ１、Ｃｂ＜Ｃesc）。なおかつ、「ＬＰＦ回路内のコンデンサの静電容量の総和」（第３静電容量Ｃ３、容量Ｃｆ）を、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第１静電容量Ｃ１、容量Ｃesc）よりも小さな値に設定する（Ｃ３＜Ｃ１、Ｃｆ＜Ｃesc）。これにより、ＲＦバイアス電力の値（電圧Ｖｄｃ）が異なるステップ間で試料４に流入するＥＳＣ電流が低減され、ＥＳＣ電流による試料４へのダメージが抑制できる。
［変形例－ＬＰＦ回路］
また、上記実施の形態１の図１０のＬＰＦ３３の回路構成例では、１つのコイル１００１と１つのコンデンサ１００２を組み合わせた、いわゆる１段のフィルタ回路を用いた。これに限らず、ＬＰＦ回路としては、例えば図１１に示すように、コイル１００１とコンデンサ１００２との組から構成された回路が直列に複数接続された、多段のフィルタ回路を用いた構成としても、同様の効果が得られる。図１１は、変形例のプラズマ処理装置１におけるＬＰＦ３３の回路構成例を模式的に示す。図１１では、電極３０とＤＣ電源３４との間に、コイル１００１とコンデンサ１００２との組の回路が、３段で直列に接続されている。
［実装例］
上記実施の形態１では、実装例として、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第１静電容量Ｃ１、容量Ｃesc）を小さくするために、図１２に示すように、電極３０と基材１１との間の誘電体膜１２の第２部分Ｐ２の距離を大きくした。
図１２は、実装例のＥＳＣ機構５における、誘電体膜１２の厚さに関する構成例を示す。誘電体膜１２において、厚さ方向（Ｚ方向）で、位置ｚ１に配置された複数の電極３０（３１，３２）は、所定の厚さＨ３を有する。電極３０の上面と試料４の裏面（載置面ｓｆ１）との間の誘電体膜１２の第１部分Ｐ１は、所定の厚さＨ１を有する。電極３０の下面と基材１１の上面との間の誘電体膜１２の第２部分Ｐ２は、所定の厚さＨ２を有する。
この実装例では、第１部分Ｐ１の厚さＨ１よりも、第２部分Ｐ２の厚さＨ２を大きくしている。これにより、上記のように、第１静電容量Ｃ１を小さくした。
このような実装例に限らず、変形例として、電極３０下面と基材１１上面との間に、誘電率の低い誘電体材料から構成された部材を配置した構成としても、同様の効果が得られる。
［効果等（１－３）］
上記のように、実施の形態１のプラズマ処理装置１によれば、ＥＳＣ機構５を備える試料台１０を用いて試料４の処理を行うことで、処理の歩留まりを向上できる。プラズマ処理装置１によれば、ＲＦバイアス電力が変化する多段ステップのエッチング処理において、ステップ間で電圧Ｖｄｃが変動した場合に、試料４に流れるＥＳＣ電流を、従来技術例よりも大幅に低減できる。そのため、プラズマ処理装置１によれば、試料４内にアンテナ比の高い膜構造４０等がある場合でも、ＥＳＣ電流によるダメージの発生を抑制できる。すなわち、プラズマ処理装置１によれば、プラズマを用いた処理を行って製造される半導体デバイスの性能が損なわれず、処理の歩留まりを向上できる。
（実施の形態２）
上記実施の形態１のプラズマ処理装置１に対し、他の実施の形態（変形例）のプラズマ処理装置として以下も可能である。以下では、各実施の形態における実施の形態１とは異なる構成部分について説明する。
図１３を用いて、本発明の実施の形態２のプラズマ処理装置のＥＳＣ機構について説明する。実施の形態１では、図３のように、ＥＳＣ用の電極３０として正極および負極の電極を各々１つずつ備え、かつ１個のＤＣ電源３４を備えるＥＳＣ機構５について説明した。実施の形態２のプラズマ処理装置のＥＳＣ機構では、正極および負極が付与される電極の対を複数対備え、かつこれらの複数の対に接続された複数のＤＣ電源を備える。
図１３は、実施の形態２におけるＥＳＣ機構５２の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。試料台１０にＥＳＣ機構５２を備える。このＥＳＣ機構５２は、ＥＳＣ用の複数の電極３０として、正極性の電極３１、負極性の電極３２を有する。さらに、各極性の電極は、２つの電極の対で構成されている。電極３１は、２つの電極の対として、電極３１Ａと電極３１Ｂとの対を有する。電極３２は、２つの電極の対として、電極３２Ａと電極３２Ｂとの対を有する。それぞれの電極３０は、ＬＰＦ３３を介して、ＤＣ電源３４の対応する正負の出力端子と電気的接続されている。ＬＰＦ３３は、複数のＬＰＦ回路としてＬＰＦ３３ａ，ＬＰＦ３３ｂ，ＬＰＦ３３ｃ，ＬＰＦ３３ｄから構成されている。ＬＰＦ３３ａ，ＬＰＦ３３ｂの対と、ＬＰＦ３３ｃ，ＬＰＦ３３ｄの対とを有する。ＤＣ電源３４は、２つのＤＣ電源として、第１ＤＣ電源３４Ａ、第２ＤＣ電源３４Ｂを有する。
試料台１０および誘電体膜１２の平面視のＸ－Ｙ面内において、例えば一方側（図示のＸ方向で外側）にある電極３１Ａと電極３２Ａとは、それぞれ、ＬＰＦ３３（ＬＰＦ３３ａ，３３ｂ）を介して、第１ＤＣ電源３４Ａの正負の端子と電気的接続されている。電極３１Ａは、ＬＰＦ３３ａを介して、第１ＤＣ電源３４Ａの正極端子と接続され、正極性が付与される。電極３２Ａは、ＬＰＦ３３ｂを介して、第１ＤＣ電源３４Ａの負極端子と接続され、負極性が付与される。また、他方側（図示のＸ方向で内側）にある電極３１Ｂと電極３２Ｂとは、それぞれ、ＬＰＦ３３（ＬＰＦ３３ｃ，３３ｄ）を介して、第２ＤＣ電源３４Ｂの正負の端子と電気的接続されている。電極３１Ｂは、ＬＰＦ３３ｃを介して、第２ＤＣ電源３４Ｂの正極端子と接続され、正極性が付与される。電極３２Ｂは、ＬＰＦ３３ｄを介して、第２ＤＣ電源３４Ｂの負極端子と接続され、負極性が付与される。
実施の形態２で、ＥＳＣ電極の対毎に、等価回路の構成は、前述（図８）と同様である。なお、これらの複数の電極３０の平面視のＸ－Ｙ面内での配置位置や形状は、図１２の構成に限らず、特に限定されない。
図１３のＥＳＣ機構５２は、ＥＳＣ用の２対の電極３０（３１，３２）の上面と試料４の裏面（載置面ｓｆ１）との間の誘電体膜１２の第１部分Ｐ１の距離が０．３ｍｍにされている。また、電極３０の下面と基材１１の上面との間の誘電体膜１２の第２部分Ｐ２の距離は２．１ｍｍにされている。また、誘電体膜１２は、酸化アルミニウムを材料として構成されている。この構成の場合で、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第１静電容量Ｃ１）に対応する容量Ｃescは、２０ｎＦにされている。また、「ＥＳＣの電極と基材との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第２静電容量Ｃ２）に対応する容量Ｃｂは、２．９ｎＦにされている。
ただし、この構成では、正負の電極３１，３２は、例えば以下のような構成を有する。すなわち、試料台１０上部の中央部付近（図１の一点鎖線の中心軸の付近）には、正負の各々の極性が付与される１対の電極３１Ｂ，３２Ｂが配置されている。かつ、試料台１０上面の外周側部分には、正負の各々の極性が付与される別の１対の電極３１Ａ，３２Ａが配置されている。すなわち、合計２対、合計４個の電極が配置されている。言い換えると、例えば、試料台１０の一方向（Ｘ方向）における内周側に第１の対の正負の電極が配置され、外周側に第２の対の正負の電極が配置されている。
複数の各対における正負の極性が付与される各電極が、少なくとも試料４の処理中には完全に浮遊電位にされる２つのＤＣ電源３４の正負の各端子とＬＰＦ３３を介して電気的接続されている。これにより、複数の電極３０（３１，３２）の各々の電極に、図示するように正負のＤＣ電圧が印加される。そして、正極の電極３１と負極の電極３２との間で静電気力が生起される。
さらに、実施の形態２では、ＬＰＦ３３を構成する回路のコンデンサの静電容量（第３静電容量Ｃ３、容量Ｃｆ）は、０．２５ｎＦにされている。実施の形態２のＬＰＦ３３は、図示のように合計４個のＬＰＦ回路（ＬＰＦ３３ａ～ＬＰＦ３３ｄ）を備える。これらのＬＰＦ回路全体でのコンデンサの静電容量の総和である容量Ｃｆ（第３静電容量Ｃ３）が、容量Ｃesc（第１静電容量Ｃ１）よりも十分小さい１ｎＦとなる。このことから、前述の式２で算出されるＥＳＣ電流の値Ｊは、図１７の第１比較例のＥＳＣ機構１９におけるＥＳＣ電流の値Ｊ０の１／７程度となる。
実施の形態２のＥＳＣ機構５２を用いて、図２の試料４の膜構造４０を処理したところ、ＥＳＣ電流が十分に抑制されたため、試料４へのダメージが発生しなかったことが認められた。
次に、実施の形態２での比較例として、ＬＰＦ３３を構成する回路の内部に配置されたコンデンサの容量が２５ｎＦにされた場合について検討した。この場合のＬＰＦ３３の回路内のコンデンサの静電容量の総和である容量Ｃｆ（第３静電容量Ｃ３）は、容量Ｃesc（第１静電容量Ｃ１）よりも大きい１００ｎＦとなる。式２で表されるＥＳＣ電流の値Ｊは、図１７の第１比較例の場合のＥＳＣ電流の値Ｊ０の８３％の大きさとなる。また、この比較例のＥＳＣ機構を用いて、図２の膜構造４０を処理したところ、ＥＳＣ電流Ｊの抑制が不十分であったため、試料４のＢ部分が消失するダメージが認められた。
上記のように、実施の形態２の構成では、「ＥＳＣの電極と基材との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第２静電容量Ｃ２、容量Ｃｂ）を、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第１静電容量Ｃ１、容量Ｃesc）よりも小さな値に設定する。なおかつ、「ＬＰＦ回路のコンデンサの静電容量の総和」（第３静電容量Ｃ３、容量Ｃｆ）を、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第１静電容量Ｃ１、容量Ｃesc）よりも小さな値に設定する。これにより、実施の形態２によれば、試料４に流入するＥＳＣ電流を低減でき、ＥＳＣ電流による試料４へのダメージを抑制できることがわかった。図１３のＥＳＣ機構５２では、正負の電極３１，３２およびＤＣ電源３４として各々２対を用いた例を示した。これに限らず、同様に、それらが３以上の複数対を有する構成の場合でも、上記と同様に、第３静電容量Ｃ３を第１静電容量Ｃ１よりも小さくした構成等とすれば、同様の効果が得られる。
（実施の形態３）
次に、図１４を用いて、本発明の実施の形態３のプラズマ処理装置のＥＳＣ機構について説明する。図１４の（Ａ）は、実施の形態３におけるＥＳＣ機構５３の構成概略を模式的に示す縦断面図である。図１４の（Ｂ）は、（Ａ）のＥＳＣ機構５３を含む電気的な等価回路を示す。
実施の形態３では、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第１静電容量Ｃ１、容量Ｃesc）を小さくするため、前述の図１２の実装例のように電極３０と基材１１との間の第２部分Ｐ２の距離を大きくする構成に代えて、以下のような構成とする。すなわち、実施の形態３では、図１４のように、試料台１０とＲＦ電源１２３との間を電気的に接続するＲＦ電力の給電経路上において、基材１１と整合器１２２との間の箇所に、静電容量の小さなコンデンサ１４０１が、挿入して配置されている。これにより、ＥＳＣ機構５３を構成する回路の実効的な静電容量を下げることが図られている。コンデンサ１４０１の静電容量を容量Ｃｏとする。
実施の形態３のＥＳＣ機構５３では、実装例として、電極３０（３１，３２）の上面と試料４の裏面（載置面ｓｆ１）との間の第１部分Ｐ１の距離は、０．３ｍｍにされている。また、電極３０の下面と基材１１の上面との間の第２部分Ｐ２の距離は、０．１ｍｍにされている。また、これらの距離関係で配置される誘電体膜１２の誘電体材料として酸化アルミニウムが用いられている。この構成の場合に、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第１静電容量Ｃ１）に対応する容量Ｃescは、２０ｎＦになる。また、「ＥＳＣの電極と基材との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第２静電容量Ｃ２）に対応する容量Ｃｂは、６１ｎＦになる。
また、実施の形態３の構成では、図３の実施の形態１の構成と同様に、少なくとも処理中に完全に浮遊電位になるＤＣ電源３４の正負の各極の端子が、各々のＬＰＦ３３（３３Ａ，３３Ｂ）を介して、対応する正負の電極３１，３２に電気的接続されている。これらの電極３１，３２に、ＤＣ電圧が印加されて、正負の極性が付与される。また、ＥＳＣ機構５３におけるＬＰＦ３３の回路内に配置されたコンデンサの回路全体としての静電容量Ｃｆ（第３静電容量Ｃ３）は、容量Ｃescよりも十分小さい０．２５ｎＦに設定されている。
図１４の（Ｂ）で、実施の形態３でのＬＰＦ３３に関するＤＣ成分についての等価回路を示す。この等価回路は、前述の図８の回路において、コンデンサの容量Ｃｂと接地箇所との間に、容量Ｃｂと直列に、コンデンサ１４０１に対応する容量Ｃｏが挿入されたものである。したがって、この系でのＥＳＣ電流Ｊの値は、式２のＣｂを、下記の式３で表される合成静電容量Ｃｂ′で置き換えたものとして表される。
Figure 0007059064000003
ここで、静電容量Ｃｏの値を３ｎＦとした場合には、合成静電容量Ｃｂ′は、式３から２．９ｎＦとなる。このＣｂ′の値は、図３のＥＳＣ機構５において電極３０と基材１１との間の部分の距離を２．１ｍｍにした場合と同じ値である。このため、実施の形態３の構成におけるＥＳＣ電流の値Ｊは、図１７の第１比較例のＥＳＣ電流の値Ｊ０の１／７程度に低減される。また、実施の形態３のＥＳＣ機構５３を用いて、図２の膜構造４０の処理をしたところ、ダメージの発生が低減されたことがわかった。
上記のように、実施の形態３では、図１４の構成において、「ＥＳＣの電極と基材との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第２静電容量Ｃ２、容量Ｃｂ）よりも小さな静電容量（容量Ｃｏ）のコンデンサ１４０１を、基材１１と整合器１２２との間に直列に接続して配置する。これにより、試料４に流入するＥＳＣ電流を抑制し、ＥＳＣ電流による試料４へのダメージが抑制できることがわかった。
実施の形態３では、コンデンサ１４０１を基材１１と整合器１２２との間のＲＦ電力の給電経路上に配置した。これに限らず、電気回路的に等価となる位置であれば、例えば整合器１２２の内部にコンデンサ１４０１を挿入した構成でも、同様の効果が得られる。
（実施の形態４）
次に、図１５、図１６を用いて、本発明の実施の形態４のプラズマ処理装置のＥＳＣ機構について説明する。図１５の（Ａ）は、実施の形態４におけるＥＳＣ機構５４等の構成概略を示す。図１５の（Ｂ）は、（Ａ）のＥＳＣ機構５４を含む等価回路を示す。図１５のように、実施の形態４におけるＥＳＣ機構５４では、試料台１０内、特に誘電体膜１２内に、ヒータであるヒータ電極１５０を有する。実施の形態４では、実施の形態１のＥＳＣ機構５を基本として、ヒータ機構を追加した場合の構成例を示す。なお、ヒータ電極１５０自体については公知技術である。ヒータ電極１５０の温度制御によって、処理等に際して試料台１０の温度制御が可能となっている。
図１５のＥＳＣ機構５４は、誘電体膜１２内で、厚さ方向（Ｚ方向）において、載置面ｓｆ１に近い方の所定の位置ｚ１に、前述と同様にＥＳＣ用の電極３０（３１，３２）が設けられている。電極３０には、前述と同様に、ＬＰＦ３３を介して、ＤＣ電源３４が接続されている。
さらに、電極３０下面と基材１１上面との間の所定の位置ｚ２の箇所に、複数のヒータ電極１５０が配置されている。複数のヒータ電極１５０として、ヒータ電極１５１、ヒータ電極１５２の２つのヒータ電極の対を有する。複数のヒータ電極１５０は、水平方向の一方向（Ｘ方向）において所定の距離で離間して配置されている。ヒータ電極１５０は、タングステン製の部材で構成されており、所定の厚さの膜状である。
本例では、ヒータ電極１５１，１５２は、正負の電極３１，３２の対に対応させた一対のヒータ電極として設けられている。ヒータ電極１５１，１５２の対は、正負の電極３１，３２の対よりも内周側の位置に配置されている。複数の各々のヒータ電極１５０のＸ方向の幅は、電極３０のＸ方向の幅よりも小さい。本例のような構成に限らず各種の構成が可能である。
セラミクス製の誘電体膜１２の材料は、酸化アルミニウムで構成されている。実装例として、電極３０の上面と試料４の裏面との間の誘電体膜１２の部分の距離は、０．３ｍｍである。電極３０下面とヒータ電極１５０上面との間の誘電体膜１２の部分の距離は、０．３ｍｍである。ヒータ電極１５０の下面と基材１１の上面との間の誘電体膜１２の部分の距離は、１．８ｍｍである。
実施の形態４のＥＳＣ機構５４の構成において、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第１静電容量Ｃ１）に対応する容量Ｃescは、２０ｎＦにされている。「ＥＳＣの電極とヒータ電極との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第４静電容量Ｃ４とする）に対応する容量Ｃｈは、２０ｎＦにされている。「ヒータ電極と基材との間の誘電体膜の部分の静電容量」（第５静電容量Ｃ５とする）に対応する容量Ｃｂは、３．４ｎＦにされている。
複数のヒータ電極１５０（１５１，１５２）の各々は、ヒータ用ＬＰＦであるＬＰＦ１５５（ＬＰＦ１５５Ａ，１５５Ｂ）を備えた給電経路を介して、交流電源（ＡＣ電源）１５４と電気的接続されている（ＡＣ：交流）。正極の電極３１に対応付けられたヒータ電極１５１は、ＬＰＦ１５５Ａを介して、絶縁トランス１５３の一方端に接続されている。負極の電極３２に対応付けられたヒータ電極１５２は、ＬＰＦ１５５Ｂを介して、絶縁トランス１５３の他方端に接続されている。ヒータ電極１５０の各々に、ＡＣ電源１５４からのＡＣ電力が供給される。ＡＣ電源１５４とＬＰＦ１５５とは、これらの間に配置された絶縁トランス１５３を介して電気的接続されている。ＡＣ電源１５４からのＡＣ電力は、直流的に完全に絶縁された状態で、各々のＬＰＦ１５５またはヒータ電極１５０に供給される。
さらに、ＬＰＦ１５５を構成する回路内に配置されたコンデンサの静電容量は、０．２５ｎＦにされている。ヒータ電極１５０へ給電する回路の上のＬＰＦ１５５内のコンデンサの静電容量の総和である容量Ｃｆ′は、容量Ｃescよりも十分小さい０．５ｎＦにされている。
図１５の（Ｂ）の等価回路で、試料４と電極３０との間の部分に対応するコンデンサの容量Ｃescには、電極３０とヒータ電極１５０との間の部分に対応するコンデンサの容量Ｃｈと、ＬＰＦ３３に対応するコンデンサの容量Ｃｆとが並列に接続されている。容量Ｃｈには、ヒータ電極１５０と基材１１との間の部分に対応するコンデンサの容量Ｃｂと、ヒータ側のＬＰＦ１５５に対応するコンデンサの容量Ｃｆ′とが並列に接続されている。
この等価回路から、実施の形態４において電圧Ｖｄｃが変動した際にプラズマから試料４を通って試料台１０に流れるＥＳＣ電流の値Ｊは、下記の式４で表される。
Figure 0007059064000004
式４において、合成静電容量である容量Ｃｂ″は、下記の式５で表される。
Figure 0007059064000005
上記構成を備える実施の形態４のＥＳＣ機構５４において、流れるＥＳＣ電流の値Ｊは、図１７の第１比較例のＥＳＣ電流Ｊ０の１／７程度に低減される。また、実施の形態４のＥＳＣ機構５４を備えるプラズマ処理装置１を用いて、図２の膜構造４０を処理したところ、ＥＳＣ電流が十分に抑制され、試料４へのダメージの発生が低減されたことが認められた。
［実施の形態４の比較例（１）］
次に、上記実施の形態４に対する比較例のＥＳＣ機構として以下の構成を検討した。この比較例においては、図１５のヒータ側のＬＰＦ１５５を構成する回路内のコンデンサの静電容量を、容量Ｃescよりも大きい値、例えば２５ｎＦにした場合について検討した。この構成では、ＬＰＦ１５５のコンデンサの静電容量の総和は５０ｎＦになる。また、式５で表される合成静電容量Ｃｂ″は、１４．５ｎＦとなる。この場合のＥＳＣ電流の値Ｊは、図１７の第１比較例のＥＳＣ電流の値Ｊ０の４２％となる。一方で、この比較例のＥＳＣ機構を備えるプラズマ処理装置を用いて図２の膜構造４０を処理したところ、ＥＳＣ電流の抑制が不十分であったため、Ｂ部分の一部が消失するダメージが発生した。
［実施の形態４の比較例（２）］
次に、上記実施の形態４に対する他の比較例のＥＳＣ機構として以下の構成を検討した。図１６の（Ａ）は、この比較例のプラズマ処理装置のＥＳＣ機構の構成概略を示す。図１６の（Ｂ）は、（Ａ）のＥＳＣ機構を含むＤＣ成分に対する等価回路を示す。この比較例の構成では、図１６のように、図１５のヒータ電極１５０とＡＣ電源１５４とを、絶縁トランス１５３を介さずに、ＬＰＦ１５５を介して電気的接続して、ＡＣ電力をヒータ電極１５０に供給する。この比較例のＥＳＣ機構では、図１５の実施の形態４の構成に対し、絶縁トランス１５３を除き、ほぼ同等に構成されている。
図１６の（Ｂ）の等価回路では、容量Ｃescに対し、容量Ｃｆと容量Ｃｈとが並列に接続されている。この等価回路に基づいて、電圧Ｖｄｃが変動した際にプラズマから試料４を通して試料台１０に流れるＥＳＣ電流の値Ｊは、下記の式６で表される。
Figure 0007059064000006
この比較例のＥＳＣ電流の値Ｊは、図１７の第１比較例の場合のＥＳＣ電流Ｊ０の５０％となる。さらに、この比較例のＥＳＣ機構を備えるプラズマ処理装置を用いて、図２の膜構造４０を処理したところ、ＥＳＣ電流の抑制が不十分であったため、試料へのダメージの発生が認められた。
以上のことから、ＥＳＣ機構の誘電体膜１２内に配置されたヒータ電極１５０にＡＣ電力を給電する場合には、図１５のように、ＡＣ電源１５４から絶縁トランス１５３およびＬＰＦ１５５を介してＡＣ電力を供給する。それと共に、ＬＰＦ１５５内のコンデンサの静電容量の総和（容量Ｃｆ′）が、「ＥＳＣの電極と試料との間の誘電体膜の部分の静電容量」（容量Ｃesc）よりも小さくなるように設定する（Ｃｆ′＜Ｃesc）。これにより、試料４に流入するＥＳＣ電流を抑制し、ＥＳＣ電流による試料４へのダメージが抑制されることがわかった。
上記図１５、図１６では、ヒータ電極用のＡＣ電源としては１つのみが用いられる例を説明した。これに限らず、複数のＡＣ電源を用いてヒータ電極に給電する構成の場合でも、絶縁トランス１５３およびＬＰＦ１５５を使用して、かつ、上記容量の設定（Ｃｆ′＜Ｃesc）とすることで、同様の効果が得られる。
以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図３等の電極３０、ＬＰＦ３３、およびＤＣ電源３４が接続される電気回路において、電気的オン／オフの制御のためのスイッチ回路等が追加された構成も勿論可能である。
１…プラズマ処理装置、４…試料、１０…試料台、１１…基材、１２…誘電体膜、３０，３１，３２…電極、３３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、３４…直流電源、１２２…整合器、１２３…ＲＦ電源。

Claims (6)

  1. 真空容器内に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、
    前記処理室内の下方に配置され、前記プラズマを用いた処理の対象となる試料が載せられる試料台と、
    前記試料が載せられる載置面を含む前記試料台の上面部を構成する誘電体部材と、
    前記誘電体部材内に配置され、直流電源からの直流電力が供給されて所定の極性が付与され、前記試料を吸着するための静電気力が形成される膜状の複数の電極と、
    前記試料台内で前記誘電体部材の下方に配置され、前記試料の前記処理中に、高周波電源からの高周波バイアス電位の形成用の高周波電力が供給される導電体製のバイアス用電極と、
    を備え、
    前記複数の電極は、前記直流電力に基づいて正極性が付与される第１電極、および負極性が付与される第２電極を含み、
    前記第１電極は、前記直流電源の正極端子とローパスフィルタ回路を介して電気的接続され、
    前記第２電極は、前記直流電源の負極端子と前記ローパスフィルタ回路を介して電気的接続されており、
    前記ローパスフィルタ回路の静電容量は、前記複数の電極と前記試料との間の前記誘電体部材の第１部分の静電容量よりも小さい、
    プラズマ処理装置。
  2. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
    前記試料の前記処理中には、前記直流電源の正極端子および負極端子と、前記複数の電極とが電気的浮遊状態にされる、
    プラズマ処理装置。
  3. 真空容器内に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、
    前記処理室内の下方に配置され、前記プラズマを用いた処理の対象となる試料が載せられる試料台と、
    前記試料が載せられる載置面を含む前記試料台の上面部を構成する誘電体部材と、
    前記誘電体部材内に配置され、直流電源からの直流電力が供給されて所定の極性が付与され、前記試料を吸着するための静電気力が形成される膜状の複数の電極と、
    前記試料台内で前記誘電体部材の下方に配置され、前記試料の前記処理中に、高周波電源からの高周波バイアス電位の形成用の高周波電力が供給される導電体製のバイアス用電極と、
    を備え、
    前記複数の電極は、前記直流電力に基づいて正極性が付与される第１電極、および負極性が付与される第２電極を含み、
    前記第１電極は、前記直流電源の正極端子とローパスフィルタ回路を介して電気的接続され、
    前記第２電極は、前記直流電源の負極端子と前記ローパスフィルタ回路を介して電気的接続されており、
    前記複数の電極は、前記第１電極と前記第２電極とを一対として、複数の対を含み、
    前記直流電源として複数の直流電源を有し、
    前記複数の対の各々の対の前記第１電極および前記第２電極は、前記複数の直流電源の各々の直流電源の正極端子および負極端子と、前記ローパスフィルタ回路を介して電気的接続されている、
    プラズマ処理装置。
  4. 請求項３記載のプラズマ処理装置において、
    前記試料の前記処理中には、前記直流電源の正極端子および負極端子と、前記複数の電極とが電気的浮遊状態にされる、
    プラズマ処理装置。
  5. 真空容器内に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、
    前記処理室内の下方に配置され、前記プラズマを用いた処理の対象となる試料が載せられる試料台と、
    前記試料が載せられる載置面を含む前記試料台の上面部を構成する誘電体部材と、
    前記誘電体部材内に配置され、直流電源からの直流電力が供給されて所定の極性が付与され、前記試料を吸着するための静電気力が形成される膜状の複数の電極と、
    前記試料台内で前記誘電体部材の下方に配置され、前記試料の前記処理中に、高周波電源からの高周波バイアス電位の形成用の高周波電力が供給される導電体製のバイアス用電極と、
    を備え、
    前記複数の電極は、前記直流電力に基づいて正極性が付与される第１電極、および負極性が付与される第２電極を含み、
    前記第１電極は、前記直流電源の正極端子とローパスフィルタ回路を介して電気的接続され、
    前記第２電極は、前記直流電源の負極端子と前記ローパスフィルタ回路を介して電気的接続されており、
    前記バイアス用電極と前記高周波電源との間の前記高周波電力の給電経路に、前記複数の電極と前記バイアス用電極との間の前記誘電体部材の第２部分の静電容量よりも小さい静電容量を持つコンデンサが設けられている、
    プラズマ処理装置。
  6. 請求項５記載のプラズマ処理装置において、
    前記試料の前記処理中には、前記直流電源の正極端子および負極端子と、前記複数の電極とが電気的浮遊状態にされる、
    プラズマ処理装置。
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